JPH04340399A - ステッピングシリンダのロッド位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、連続鋳造用の
鋳型内部における湯面レベル制御の実施に際し、該鋳型
への注湯量の調節手段として用いられているステッピン
グシリンダのロッド位置を高精度に制御する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備の操業に際しては、鋳型内
部における溶鋼の冷却，凝固状態を安定化させ、製品鋳
片の品質を向上させると共に、ブレークアウト等、操業
の休止を強いる各種の不都合の発生を未然に防止するた
め、鋳型内部の湯面レベルを常時適正に保つべく湯面レ
ベル制御が行われている。

【０００３】この湯面レベル制御は、鋳型への注湯を行
う注湯ノズルに、スライディングノズル、ストッパ装置
等の開閉装置を付設する一方、鋳型内部の湯面レベルを
逐次検出し、これを所定の目標レベルと比較して、両者
の偏差を解消すべく前記開閉装置を動作させて鋳型への
注湯量を加減する手順にて行われる。

【０００４】前記開閉装置は、従来一般的に、油圧サー
ボシリンダとサーボ弁とを備えた油圧駆動系にて駆動さ
れており、この場合、湯面レベルの検出値と目標レベル
との偏差に基づいて上位のコントローラから与えられる
開度指令、即ち、前記サーボシリンダのロッド位置指令
と、該サーボシリンダの現状のロッド位置とを比較して
、両者の偏差を解消すべくサーボ弁をオンオフ制御し、
サーボシリンダへの圧油の給排を行わせることにより湯
面レベル制御が実施される。

【０００５】ところがこの構成においては、鋳型の直上
に位置するサーボシリンダの近くに耐熱性に劣るサーボ
弁を配し得ないことから、両者を接続する長寸の油圧配
管を必要とし、またサーボシリンダとサーボ弁との間に
は振動に起因する位置変動が生じることから、前記油圧
配管としてフレキシブルチューブを用いざるを得ず、サ
ーボ弁からの送給油圧がフレキシブルチューブの拡張及
びこれの内部の滞留油の圧縮に供される結果、サーボ弁
の動作に応じてサーボシリンダが動作するまでの間、即
ち、湯面の変動が生じてから該湯面の調整動作がなされ
るまでの間にタイムラグが生じ、応答性の向上に限界が
あって、近年における鋳込速度の高速化の要求に対応し
得ないという難点がある。

【０００６】この難点を解消するため近年、前記開閉装
置の駆動源としてサーボ弁とサーボシリンダとの組み合
わせに換えて、ステッピングシリンダを用いた湯面レベ
ル制御方法が実用化されている。ステッピングシリンダ
は、前記開閉装置の開閉力を発生するワークシリンダに
パルスモータによって駆動されるスプールを付設し、該
スプールと前記ワークシリンダのロッドとが油圧力によ
りバランスするように動作するアクチュエータであり、
油圧配管が実質的に不要となることから応答性の大幅な
向上が実現される。

【０００７】このステッピングシリンダを用いた湯面レ
ベル制御もまた、前述の開度指令を実現すべくステッピ
ングシリンダのロッド位置を制御する手順にて行われる
が、このとき、ステッピングシリンダの動作はパルスモ
ータの回転に応じて生じ、該パルスモータの駆動には速
度型の制御を必要とするため、位置型の指令である前述
した開度指令をそのまま用いることはできず、湯面レベ
ルの検出結果に基づいて開度指令を発する上位のコント
ローラを速度型に更新するか、又は上位のコントローラ
からの位置型の指令を速度型の指令に変換してパルスモ
ータの駆動回路に出力する下位のコントローラ（ステッ
ピングシリンダコントローラ）を設けるかのいずれかの
対策が必要である。

【０００８】なおこれらの内、前者は、新規に計画され
る連続鋳造設備においては有効であるが、サーボ弁とサ
ーボシリンダとにより注湯量の調節を行っていた既存の
連続鋳造設備をステッピングシリンダによる調節に改造
する場合、コントローラの更新のために長期間の操業停
止を強いられるという難点があり、一般的には後者の構
成、即ち位置型の指令を速度型の指令に変換するステッ
ピングシリンダコントローラを設ける構成が採用されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】さて前記ステッピング
シリンダコントローラは、ステッピングシリンダの現状
のロッド位置と上位のコントローラから与えられる目標
位置との偏差を求め、この偏差の大きさに対応する数の
パルスを有するパルス列を、前記パルスモータの駆動回
路に出力する機能を備えた演算制御部であり、この演算
をアナログ演算により行った場合、一回のパルス列の出
力に応じたパルスモータの回転が終了した後、次なるパ
ルス列によってパルスモータが回転駆動されるとき、次
のような難点が生じる。

【００１０】ステッピングシリンダのパルスモータは、
ステッピングシリンダコントローラからの前述したパル
ス列の出力停止に伴って瞬時に停止しようとするが、実
際には、回転体のホールドトルクの影響により所定の停
止位置の前後に振動（ダンピング）しており、このダン
ピング振動が整定するまでの間に若干の時間を必要とす
る。

【００１１】このようなダンピング振動中に次なるパル
ス列の出力がなされ、この出力前のパルス中断時間が前
記ダンピング振動の周期に略一致した場合、前記パルス
列による本来の回転方向と逆向きにパルスモータが回転
駆動されて、パルスモータの回転位置及びこれにより決
定されるステッピングシリンダのロッド位置が、所望の
位置から大きく外れる現象、所謂、脱調が発生し、以降
の制御が行えなくなるのである。

【００１２】この難点は、一回のパルス列の出力を終了
した後、ダンピング振動の周期よりも十分に短い時間内
に次なるパルス列を出力することにより解消されるが、
このためには、現状のロッド位置と目標位置との偏差を
求め、これに対応するパルス列を出力する一連の動作を
、数μｓｅｃ　程度の極めて短い時間内に行うことが要
求され、このような短時間での処理はアナログ演算によ
っては実質的に不可能である。

【００１３】また前記難点は、ダンピング振動を低減す
べく、パルスモータの最大速度を自起動周波数以下に、
より具体的には、自起動周波数の５０％以下に制限する
ことによっても解消されるが、このことはステッピング
シリンダの特徴である高応答性をも打ち消す結果となり
、現実的な解決方法ではない。

【００１４】即ち、ステッピングシリンダのロッド位置
制御においては、前述した脱調の発生を回避するため、
高速での演算処理が可能なディジタル演算装置を用いざ
るを得ず、これが高価であると共に、保守及び調整に煩
雑な作業が強いられることから、湯面レベル制御におけ
るステッピングシリンダの採用を阻害する要因となって
いた。

【００１５】なお以上の難点は、連続鋳造設備における
湯面レベル制御に限らず、位置型の指令に従ってステッ
ピングシリンダのロッド位置制御を行う各種の用途にお
いて全く同様に生じるものである。

【００１６】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、所定の制御周期毎のアナログ演算により、位置
型の指令に従うステッピングシリンダのロッド位置制御
を脱調の虞なく可能とするステッピングシリンダのロッ
ド位置制御装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るステッピン
グシリンダのロッド位置制御装置は、パルスモータの回
転に応じて動作するステッピングシリンダの現状のロッ
ド位置と目標位置との偏差を求め、この偏差に対応する
パルス数を有する正転方向又は逆転方向のパルス列を、
前記パルスモータの駆動回路に所定の制御周期毎に出力
する演算制御部を備えたステッピングシリンダのロッド
位置制御装置において、前記演算制御部は、前記パルス
列の各出力に要する時間を前記制御周期から減じ、該出
力の終了後に生じるパルス中断時間を演算する手段と、
この演算結果が前記パルスモータの共振周期に近いこと
を検知する手段と、この検知がなされたとき次なるパル
ス列の方向を反転する手段とを具備することを特徴とす
る。

【００１８】

【作用】本発明においては、ダンピング振動の周期に近
いパルス中断時間後に出力されるパルス列により、該パ
ルス列の方向と逆向きにパルスモータの回転が生じ、脱
調を招来することを逆に利用し、パルス列の出力に要す
る時間を制御周期から減じ、次なるパルス列の出力前の
パルス中断時間を演算しておき、この演算結果がパルス
モータの共振周期として得られるダンピング振動の周期
に近い場合、ステッピングシリンダの現状のロッド位置
と目標位置との偏差に基づいて決定される方向とは逆方
向に次なるパルス列を出力して、このパルス列により実
際に生じるパルスモータの回転方向及びこれに伴って生
じるステッピングシリンダのロッド位置の変化方向を、
前記偏差に基づいて決定される方向に一致させる。

【００１９】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１は本発明に係るステッピングシリンダ
のロッド位置制御装置（以下本発明装置という）の連続
鋳造設備の湯面レベル制御への適用状態を示す模式図で
ある。

【００２０】図中Ｔは、その内部に溶鋼３を貯留するタ
ンディッシュである。該タンディッシュＴの下方に適長
離隔した位置には筒形をなす鋳型Ｍが配してあり、該鋳
型Ｍの内部には、タンディッシュＴの底面にその基端を
開口させた浸漬ノズル４が延設されている。而して、タ
ンディッシュＴ内の溶鋼３は、浸漬ノズル４を介して鋳
型Ｍに注入され、該鋳型Ｍの内壁との接触により冷却さ
れて外側を凝固シェル５０にて被覆された鋳片５となり
、鋳型Ｍの下方に連続的に引抜かれる。そしてこの引抜
きの間に更に冷却されて、内側にまで凝固が進行した後
に適宜の寸法に切断され、圧延等の後工程における素材
となる製品鋳片が得られる。

【００２１】浸漬ノズル４の中途には、これの長手方向
と略直交する面内でのゲート板６０の摺動により該浸漬
ノズル４を開閉して、鋳型Ｍへの注湯量を調節するスラ
イディングノズル６が固設してある。スライディングノ
ズル６のゲート板６０は、パルスモータ８を一体的に備
えたステッピングシリンダ７の出力ロッドの先端に連結
してある。また、鋳型Ｍ内部の湯面レベルは、該鋳型Ｍ
内に滞留する溶鋼３の表面に臨ませたレベル検出器９に
て検出されるようになしてある。

【００２２】ステッピングシリンダ７は、パルスモータ
８の回転に応じて位置決めされるスプールを内蔵し、該
スプールと出力ロッドとが油圧力によりバランスするよ
うに動作するアクチュエータであり、鋳型Ｍへの注湯量
は、パルスモータ８の回転に伴うステッピングシリンダ
７の動作に応じて加減される。

【００２３】而して、以上の如き構成の連続鋳造設備に
おける湯面レベル制御は、レベル検出器９による湯面レ
ベルの検出結果に基づいてパルスモータ８の駆動回路８
０に駆動指令を与え、ステッピングシリンダ７のロッド
位置を制御することにより行われる。この制御を行うた
めの制御装置は、上位の位置型コントローラである開度
制御部１と、下位の速度型コントローラであり、本発明
の特徴となるシリンダ制御部２とを備えてなる。

【００２４】上位のコントローラである開度制御部１に
は、レベル検出器９により検出された鋳型Ｍ内の現状の
湯面レベルと、予め設定された目標レベルとの偏差が逐
次与えられており、開度制御部１は、この偏差を用いた
ＰＩＤ演算を所定の制御周期毎に実施し、前記目標レベ
ルを実現するために必要な目標開度を求め、この結果を
開度指令としてシリンダ制御部２に与える動作をなす。

【００２５】シリンダ制御部２は、開度制御部１から与
えられた位置型の指令である前記開度指令を用いて、前
記パルスモータ８の回転方向及び回転量を決定し、この
結果をパルスモータ８の駆動回路８０に、速度型の指令
、具体的にはパルスモータ８を正転方向又は逆転方向に
駆動するパルス列として出力する動作をなす。

【００２６】図２は、シリンダ制御部２の内部構成を示
すブロック図である。本図に示す如くシリンダ制御部２
は、加算器２０、正逆判定器２１、速度判定器２２、Ｖ
／Ｆコンバータ２３及び積算カウンタ２４、並びに本発
明装置の特徴部分である反転回路２５及び比較演算回路
２６を備えたアナログ演算部であり、開度制御部１から
与えられる開度指令は、積算カウンタ２４の出力として
後述の如く得られる現状のロッド位置のフィードバック
信号と共に加算器２０に与えられており、該加算器２０
は、両者の偏差Δを求めてこの結果を正逆判定器２１及
び速度判定器２２に与える。

【００２７】正逆判定器２１及び速度判定器２２は共に
、加算器２０から与えられる偏差Δが所定の不感帯εを
超えて正又は負の値を有する場合に夫々動作し、前者は
偏差Δの正負に応じて正転指令又は逆転指令のいずれか
一方を出力し、後者は偏差Δの大きさに応じた電圧信号
を出力する。

【００２８】正逆判定器２１の出力は、積算カウンタ２
４に直接的に与えられており、またパルスモータ８の駆
動回路８０に反転回路２５を介して与えられている。一
方速度判定器２２の出力は、Ｖ／Ｆコンバータ２３の動
作により前記偏差Δの大きさに対応する数のパルスを有
する所定周波数のパルス列に変換され、比較演算回路２
６及びパルスモータ８の駆動回路８０に夫々与えられて
いる。

【００２９】比較演算回路２６には、開度制御部１にお
ける制御周期及びパルスモータ８の共振周期が夫々設定
してあり、比較演算回路２６は、Ｖ／Ｆコンバータ２３
から駆動回路８０に出力されるパルス列が与えられる都
度、この出力に要する時間を演算し、次いでこの結果を
前記制御周期から減算して、前記パルス列の終了後に生
じるパルス中断時間を求め、更にこの結果を前記共振周
期と比較して、両者間に所定量を超える差異が存在しな
い場合、前記反転回路２５に動作指令を発する。

【００３０】パルスモータ８の共振周期は、パルスモー
タ８の回転部分及びこれにより回転駆動される部分の固
有振動数の逆数であり、各部の重量及び寸法を用いた計
算により求められ、比較演算回路２６に設定される。ま
た開度制御部１における制御周期は、該制御部１での前
述した演算処理に要する時間を考慮して決定され、比較
演算回路２６に設定される。更に、比較演算回路２６に
おけるパルス列の出力に要する時間は、Ｖ／Ｆコンバー
タ２３から出力される各パルス列のパルス数と、このパ
ルス列の周波数の逆数、即ち発振周期との積算により求
められる。

【００３１】反転回路２５は、比較演算回路２６から前
述の如き動作指令が与えられた場合、正逆判定器２１の
出力を反転して駆動回路８０に出力し、前記動作指令が
与えられない場合、正逆判定器２１の出力をそのまま駆
動回路８０に出力する。即ち、以上の如き比較演算回路
２６及び反転回路２５の動作により、駆動回路８０への
パルス列の出力が行われた後、次なるパルス列の出力が
行われるまでの間のパルス中断時間がパルスモータ８の
共振周期に近い場合、該パルスモータ８の駆動回路８０
には、正逆判定器２１による判定結果が正方向であると
きに逆転指令が、同じく逆方向であるときに正転指令が
夫々与えられることとなる。

【００３２】駆動回路８０は、Ｖ／Ｆコンバータ２３か
ら与えられたパルス列を、反転回路２５からの出力が正
転指令である場合にはそのまま、同じく逆転指令である
場合には、反転させて出力する動作をなす。そしてこの
出力に応じてパルスモータ８が正転又は逆転駆動され、
ステッピングシリンダ７のロッド位置は、開度制御部１
の出力である開度指令と、現状のロッド位置、即ち現状
の開度との偏差を解消すべく制御されることになり、前
記開度指令は、鋳型Ｍ内の湯面レベルと目標レベルとの
間の偏差を解消すべく出力されたものであるから、前述
のロッド位置の制御により鋳型Ｍ内の湯面レベルを適正
に保つことができる。

【００３３】正逆判定器２１及びＶ／Ｆコンバータ２３
の各出力は、積算カウンタ２４にも与えられている。積
算カウンタ２４は、動作開始時におけるステッピングシ
リンダ７のロッド位置を記憶しており、正逆判定器２１
からの入力により、各制御周期毎のパルスモータ８の回
転方向を認識し、Ｖ／Ｆコンバータ２３からの入力とし
て与えられるパルスモータ８の回転量を逐次加算又は減
算して前記記憶値を更新する。このように更新される積
算カウンタ２４内の記憶値は、各更新時点におけるステ
ッピングシリンダ７のロッド位置に対応することになり
、この結果は加算器２０に与えられ、ステッピングシリ
ンダ７の現状のロッド位置を示すフィードバック信号と
して前述した如く用いれらる。

【００３４】図３は、本発明装置の動作内容を示すタイ
ムチャートである。本図に示す如く開度制御部１からの
開度指令は所定の制御周期Ｔｃ　毎に発せられ、この開
度指令に応じて正逆判定器２１は、パルスモータ８の回
転方向を前述の如く決定して、正転指令又は逆転指令を
出力し、また速度判定器２２は、パルスモータ８の回転
量を前述の如く決定して、この回転量に応じたパルス数
を有するパルス列をＶ／Ｆコンバータ２３から出力させ
る。パルスモータ８の駆動回路８０は、Ｖ／Ｆコンバー
タ２３から入力されるパルス列を、正逆判定器２１から
反転回路２５を介して与えられる回転方向の指令に従っ
て正転方向又は逆転方向に変換してパルスモータ８に出
力し、該パルスモータ８を正転又は逆転駆動する動作を
なし、パルスモータ８のこの回転に応じて生じるステッ
ピングシリンダ７のロッド位置の変化により、スライデ
ィングノズル６のゲート板６０が摺動せしめられ、前記
開度指令に正しく適合する開度が得られて、鋳型Ｍ内の
湯面レベルが制御される。

【００３５】このとき、比較演算回路２６は、駆動回路
８０からの前記パルス列の出力に要する時間（出力時間
）Ｔ１　を演算し、これを前記制御周期Ｔｃ　から減じ
て、次なるパルス出力がなされるまでの間のパルス中断
時間Ｔ２　を求め、この結果がパルスモータ８の共振周
期Ｔ３　に近い場合、反転回路２５に動作指令を発する
。従って、パルス中断時間Ｔ２　が共振周期Ｔ３　に近
いとき、前記動作指令に従う反転回路２５の動作により
、正逆判定器２１での次の制御タイミングにおける判定
結果が反転されて駆動回路８０に与えられることとなり
、パルスモータ８には、正逆判定器２１にて決定された
回転方向と逆向きのパルス列により駆動される。

【００３６】一方、パルスモータ８の回転により生じる
ステッピングシリンダ７のロッド位置の変化を調べると
、駆動回路８０からのパルス列が与えられている間、こ
のパルス列の方向に所定の速度での位置変化が生じ、パ
ルス列の停止後、所定の目標位置を超えてオーバシュー
トを生じ、その後、時間経過と共に減衰する複数回のダ
ンピング振動を繰返して前記目標位置に整定する挙動を
示す。

【００３７】このダンピング振動の周期はパルスモータ
８の共振周期Ｔ３　に等しく、この時点においてパルス
列が与えられた場合、パルスモータ８の回転がこのパル
ス列の方向と逆向きに生じて脱調を引き起こすが、本発
明装置においては、比較演算回路２６及び反転回路２５
の前述した動作により、共振周期（ダンピング周期）Ｔ
３　に近い時間の経過後にパルスモータ８に与えられる
パルス列は、開度指令と現状の開度とから正逆判定器２
１にて決定される回転方向のパルス列（図中に一点鎖線
にて示す）ではなく、これの正逆を反転したパルス列（
図中に実線にて示す）となり、このパルス列と逆方向に
生じるパルスモータ８の回転方向は、正逆判定器２１に
て決定された正しい回転方向と一致することになり、こ
の回転により生じるステッピングシリンダ７のロッド位
置変化により、前記開度指令が脱調の虞なく正しく実現
される。

【００３８】従って、ダンピング振動の整定時間を短縮
するためにパルスモータ８の回転速度を自起動周波数以
下に制限する必要がなく、パルスモータ８の高速駆動が
可能となり、ステッピングシリンダ７の高応答性を十分
に活かすことができ、該ステッピングシリンダ７での注
湯量の調節により、鋳込速度の高速化に対応可能な湯面
レベル制御が可能となる。

【００３９】なお本実施例においては、連続鋳造設備に
おける鋳型内の湯面レベル制御における本発明装置の適
用例について説明したが、本発明装置の適用範囲はこれ
に限るものではなく、位置型の指令に従ってステッピン
グシリンダを制御することが要求されるあらゆる用途に
適用可能なことは言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明装置においては
、現状のロッド位置と目標位置との偏差を解消すべくス
テッピングシリンダのロッド位置を制御するに際し、駆
動源となるパルスモータへのパルス列の出力が停止され
てから次なるパルス列の出力が開始されるまでのパルス
中断時間を求め、これが、パルスモータの共振周期、即
ち、先のパルス列の停止後に生じるダンピング振動の周
期に近いとき次なるパルス列の方向を反転するから、パ
ルスモータのダンピングに起因する脱調を未然に回避で
き、パルスモータの最大速度に制限を設けることなくロ
ッド位置制御を確実に行え、アナログ演算装置の採用に
よる装置コストの低減が可能となり、また保守及び調整
作業の簡素化が図れる等、本発明は優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造設備の湯面レベル制御における本発明
装置の適用状態を示す模式図である。

【図２】シリンダ制御部の内部構成を示すブロック図で
ある。

【図３】本発明装置の動作内容を示すタイムチャートで
ある。

【符号の説明】

１　　開度制御部 ２　　シリンダ制御部 ６　　スライディングノズル ７　　ステッピングシリンダ ８　　パルスモータ ２１　　正逆判定器 ２２　　速度判定器 ２５　　反転回路 ２６　　比較演算回路 Ｍ　　鋳型 Ｔ　　タンディッシュ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　パルスモータの回転に応じて動作する
   ステッピングシリンダの現状のロッド位置と目標位置と
   の偏差を求め、この偏差に対応するパルス数を有する正
   転方向又は逆転方向のパルス列を、前記パルスモータの
   駆動回路に所定の制御周期毎に出力する演算制御部を備
   えたステッピングシリンダのロッド位置制御装置におい
   て、前記演算制御部は、前記パルス列の各出力に要する
   時間を前記制御周期から減じ、該出力の終了後に生じる
   パルス中断時間を演算する手段と、この演算結果が前記
   パルスモータの共振周期に近いことを検知する手段と、
   この検知がなされたとき次なるパルス列の方向を反転す
   る手段とを具備することを特徴とするステッピングシリ
   ンダのロッド位置制御装置。